Позиционный регулятор Советский патент 1982 года по МПК G05D23/19 

(54) ПОЗИЦИОННЫЙ РЕГУЛЯТОР

Изобретение относится к автоматике и предназначено для позиционного регулирования, преимущественно, температуры газообразных и жидких сред, а в сочетании с другими датчиками может быть использовано для регулирования других неэлектрических и электрических величин: давления, освещенности,- напряжений, тока и т.п.

Известен позиционный регулятор, содержащий датчик и задатчик, подсоединенные ко входу измерительной схемы, к выходу которой подсоединены интегрирующие узлы, подключенные ко входам пороговых усстройств, выходы которых соединены со входами трехстабильного триггера, к выходам которого подключен исполнительный орган и входы пороговых устройств 1.

Однако регулятор обладает ограниченным числом позиций регулирования, причем их увеличение связано с увеличением числа пороговых элементов, усложнением.схемы и снижением надежности ее работы.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является позиционный регулятор, содержащий датчик и задатчик, связанные с первым и вторым входами измерительного блока, к выходам которого подсоединены первый и второй интегрирующие узлы, третий интегрирующий узел, входом подключенный к источнику постоянного напряжения, причем выходы интегрирующих узлов связаны с первыми входами соответствукмдих трех пороговых элементов, первые входы второго и третье го пороговых элементов соединены меж10ду собой через разделительный ключ, к выходам первого и третьего пороговых элементов первым и вторым входами подключен распределитель импульсов, к выходам которого непосредственно

15 подключены исполнительные элементы, а через функциональный преобразователь - третий вход измерительного блока, выход релаксационного генератора подключен ко входам поро20говых элементов, выход блока запуска соединен с третьим входом распределителя импульсов, а первый вход - с выходом распределителя импульсов 2.

Однако устройство недостаточно на25дежно в работе.

Целью изобретения является повышение надежности регулятора.

Поставленная цель достигается тем, что позиционный регулятор содержит

30 датчик и задатчик, свя:чанные с первым и вторьм входами измерительного блока, к выходам которого подсоедини ны первый и второй интегрирующие узлы, третий интегриругаций узел, входо подключенный к источнику постоянного напряжения, причем выходы интегрирую Ыих узлов связаны с перв.ыми входами Ьоответствукяцих трех пороговых элеме тов, первые входы второго и третьего пороговых элементов соединены между собой через разделительный ключ, к выходам первого и третьего пороговых элементов первым и вторым входами подключен распределитель импульсов, к выходам которого непосредственно подключены исполнительные элементы, а через функциональный преобразователь - третий вход измерительного бл ка, вторые входы пороговых элементов подключены к выходу релаксационного генератора, третий вход распределителя импульсов соединен с выходом бл ка запуска, первый вход которого сое динен с выходом распределителя импул сов, причем второй вход блока запуск соединен с выходом релаксационного генератора, кроме того, измерительный блок выполнен в виде потенциомет ра, неподвижные ВЕЛВОДЫ которого чере резистор и потенциометр задатчика подключены к источнику постоянного напряжения, а подвижный вывод которого соединен с выходом функционального преобразователя, а между анодами включены резисторы, причем выход функциональнох-о преобразователя связан с анодом одного из диодов через резистор. На фиг. 1 приведена функциональная схема регулятора; на фиг. 2 - принципиальная схема. Функциональная схема регулятора содержит датчик 1, например, темпера туры, задатчик 2, измерительный блок 3, интегрирующие узлы 4-6, источник питания постоянного напряжения 7, по роговые элементы 8-10, реверсивный распределитель импульсов 11, исполнительные элементы 12-15, функционал ный преобразователь 16, разделительный ключ 17, релаксационный генератор 18 и блок запуска 19. Принципиальная электрическая схема регулятора (фиг. 2) содержит датчик 20, выполненный, например, в виде терморезистора, потенциометр 21, образующий задатчик температуры, включенный в схему измерительного блока 3, содержащего резистор 22, об разующий делитель напряжения с термо резистором 20, потенциометр 23 и резисторы 24 и 25. Интегрирующие узлы 4-6 образованы резисторами 26-28 и конденсаторами 29-31 и подсоединены ко входам пороговых элементов 8-10, содержащих однопереходные транзисторы 32-34, верхние ба:зы которых подключены к подстроечным потенциометрам 35-37, нижние базы которых через резисторы 38-40 подключены к точке . соединения резистора 41 и конденсатора 42 релаксационного генератора импульсов 18, выполненного на однопереходном транзисторе 43, эмиттер которого соединен с RC-контуром 44 и 42. Нижняя база транзистора 43 соединена со входом блока запуска 19 реверсивного распределителя импульсов 11. Ьлок запуска содержит конденсаторы 45 и 46, диод 47 и резисторы 48, 49. Реверсивный распределитель импульсов включает в себя тиристоры 50-53, резисторы нагрузки 54-57, резистор 58, коммутирующие конденсаторы 59-62, входные диоды 63-68, конденсаторы 69-74 и резисторы обратной связи 7580. К выходным клеммам 81-84 распределителя импульсов подсоединены исполнительные элементы 12-15, выполненные, например, в виде электромагнитных реле, тиристорного регулятора напряжения и т.п. к выходу распределителя импульсов через функциональный преобразователь, образованный диодами 85-87 и резисторами 88-90, подключен подвижный вывод потенциометра 23 измерительного блока. Для изменения зоны нечувствительности регулятора служит переменный резистор 91. Питание регулятора осуществляется от источника постоянного напряжения 7 (клеммы 92,93), к которому подключен через балластный резистор 94 стабилитрон 95. Регулятор работает (фиг. 1) следующим образом. Датчик температуры 1 и задатчик 2 подключены к измерительной схеме 3, на выходе которой формируется управляющий сигнал в виде напряжения, соответствующего температуре значения. К выходу измерительного блока подключены интегр.ирукадие узлы 4 и 5, установленные на входе пороговых устройств 8 и 9. Интегрирующий узел 6, вход которого подключен к источнику питания постоянного напряжения 7, своим выходом соединен со входом порогового элемента 10. Входы пороговых элементов 9 и 10 соединены разделительным ключом 17, а выходы пороговых элементов 8 и 10 подключены ко входам реверсивного распределителя импульсов 11. К выходам реверсивного распределителя импульсов подключены исполнительные органы 12-15, например электромагнитные реле или входы тиристорного регулятора напряжения, выполненные, например, в виде разделительных диодов. Эти же выходы распределителя импульсов через функциональный преобразователь 16 подключены к измерительному блоку 3. При подаче напряжения питания на выходе генератора импульсов18 генерируется импульс, проходящий через блок запуска в работу реверсивного распределителя импульсов 19. При этом срабатывает одна из его ячеек, выдавая соответствующую команду на исполнитель ный орган 12. При включении любой из ячеек реверсивного распределителя импульсов 11 блок 19 запуска этого распределителя закрьшается, и через него импульсы с выхода генератора 18 на вхо распределителя импульсов 11 не посту пают. Для этого один из выходов распределителя импульсов соединен со .входом блока 19. Когда температура объекта регулирования .ниже заданного значения, напряжение на выходе измерительного блока 3 выше напряжения срабатывания пороговых элементов 8 и 9. В этом случае пороговый элемент В при срабатывании формирует импульсы, поступающие на прямой вход реверсивного распределителя импульсов 11, обеспечивая переключение распределит ля на следующую ячейку и включение исполнительного органа 13. Поскольку выходы распределителя импульсов 11 связаны обратной связью через функциональный преобразователь 16 с изме рительньм блоком 3, напряжение на вы ходе измерительного блока несколько уменьшается. Поэтому на выходе порогового элемента 8 импульс сформирует ся лишь при дальнейшем понижении регулируемой температуры. При дальнейшем снижении температурил снова срабо тает пороговый элемент 8 и включится исполнительный орган 14, увеличивающий подачу теплоносителя к объекту регулирования. Порог срабатывания элемента 9 установлен несколько ниже (на зону нечувствительности регулято ра) порога срабатьшания элемента 8, поэтому если температура ниже заданной или равна норме, периодически срабатывает элемент 9. А так как постоянная времени интегрирующего узла 5, установленного на его входе, мень ше постоянной времени интегрирующих узлов 4 и 6, через разделительный ключ 17 при срабатывании порогового элемента 9 периодически разряжается конденсатор интегрирующего узла 6 и напряжение на нем достигает порога срабатьшания элемента 10. Это происходит до тех пор, пока напряжение на выходе измерительной схемы не снижается ниже порога срабатывания элемен та 9 . Когда температура объекта регулирования повысится выше заданной, пороговый элемент 9 перестает срабатывать и разряжать интегрирующий конденсатор узла б.в результате этот конденсатор зарядится под действием напряжения источника питания 7 до напряжения порогового элемента 10, и на его выходе сформируется импульс. поступающий на обратный вход реверсивного распределителя импульсов 10, Исполнительный орган, например 14 отключается, а включается 13, обеспечивающий подачу к объекту регулирования меньшего количества теплоносителя, чем исполнительный орган 14. ДлЛ увеличения входного сопротивления пороговых устройств 8-10 и увеличения чувствительности регулятора входы пороговых элементов соединены о выхо- дом релаксационного генератора 18. При подключении регулятора к источнику питания через резисторы 58, , 49 и 96 (фиг. 2) заряжается конденсатор 45 до напряжения первого источнА- ка питания, а через резистор 48 - конденсатор 46 заряжается до такого же напряжения. Одновременно через резистор 44 заряжается конденсатор 42, и как только он зарядится до порога отпирания транзистора 43 генератора импульсов, транзистор отпирается, пропуская через себя на резисторы 41 и 96 импульс тока. Импульс тока проходит через конденсаторы 45 и 46 и отпертый диод 47 блока запуска распределителя в работу в цепь управления тиристора 50 распределителя импульсов, и тиристор 50 отпирается, пропуская через резисторы 58 и 54 ток. Одновременно включается исполнительный орган, например электромагнитное реле, подсоединяемое к клемме 81 или взамен резистора 54, обеспечивая минимальную подачу теплоносителя к объекту регулирования. За счет протекания постоянного тока тиристор 50 удерживается в отпертом состоянии, а так как на резисторе 58 падает напряжение при отпирании любого из тиристоров 50-53, конденсатор 46 заряжается до более высокого напряжения, чем конденсатор 45, на величину падения напряжения на резисторе 58. Поскольку падение напряжения на резисторе 58 превышает амплитуду напряжения импульса, формируемого на резисторе 96, то диод 47 разностью напряжений на конденсаторах 46 и 45 заперт, и последующие импульсы в цепь управления тиристора 50 не проходят. Под действием напряжения на анодах всех тиристоров, кроме 50 через резисторы 76-80 заряжаются конденсаторы 70-74, а конденсатор 69, подключаемый через резистор 75 к аноду отпертого тиристора 50, разряжается, отпирая диод 63. С резистора 42 импульсы поступают на нижние базы транзисторов 32-34, кратковременно понижая их пороги срабатывания и тем самым существенно (в сотни раз) увеличивая их входные сопротивления. Когда температура в зоне регулирования ниже заданной потенциометром 21, падение напряжения на терморезисторе 20 дос.тигает напряжения отпирания-транзистора 33. Поэтому конденсатор 30 через резистор 27 начинает .периодически заряжаться до напряжения отпирания транзистора 33 и разряжаться через его эмиттер-базу на ре.зистор 39. При этом пока периодически отпирается транзистор 33, на него через разделительный ключ - диод 97 разряжается конденсатор 31, не позволяя формировать на резисторе 40 управляющие импульсы. Постоянная времени КС-контура 28, 31 более чем на порядок превышает постоянную времени RC-контура 27, 30, а порог срабатывания транзистора 33 устанавливается потенциометром 36 выше порога срабатывания транзистора 34, выставляемого При помощи потенциометра 37. Еще , приглерно, на удвоенный дифферентдиал одной позиции регулятора порог отпирания транзистора 32, устанавливаемый потенциометром 35. Поэтому, когда на это значение повысится напряжение на терморезисторе 20, через резистор 26 заряжается конденсатор 29, который через транзистор 32 разряжается на. резистор 38. Импульсы, сформированные на резисторе 38, поступают на аноды разделительных диодов 63-65, образующие прямой вход реверсивного распределителя импульсов.

Чтобы повысить входное сопротивление транзисторов 32-34 и обеспечить увеличение их входных- сопротивлений и постоянных времени КС-контуров 26, 29,- 27, 30,и 28, 31 не за счет увеличения емкостей конденсаторов, а за счет увеличения сопротивления их резисторов , а также стабильность и точность работы служит релаксационный генератор, выполненный на транзисторе 43. Частота импульсов тока, выделяемых на резисторе 41 при периодическом разряде конденсатора 42 через транзистор 43, значительно превышает, частоту импульсов, проходящих через транзисторы 32 и 34, С резистора 41 импульсы отрицательного напряжения подаются в цепь нижних баз транзисторов 32-34, Это исключает разряд конденсаторов 29-31 на эмиттер-базы транзисторов 32-34 в зоне их отпирания и более чем на два порядка увеличивает входное сопротивление транзисторов {до нескольких десятков мОм) и, следовательно, входное сопротивление усилительной схемы.

В зависимости от температуры объекта регулирования на ВЕлходе одного из тиристоров 32 и 34 формируется или не формируется импульс, поступающий на аноды диодов 63 - 65 и 66 - 68, образующих прямой и обратный входы реверсивного распределителя импульсов. Если регулируемая температура ниже уставки, импульсы формируются

,на резисторе 38 и поступают на прямой вход реверсивного распределителя импульсов. Если температура объекта регулирования находится в пределах заданной температуры, то срабатывает транзистор 33 и на оба входа распределителя импульсы на поступают. При температуре в зоне установки терморезистора выше нормы импульсы формируюся на резисторе 40 и поступают на обратный вход распределителя.

Реверсивный распределитель импульсов, выполненный на тиристорах 50-53 работает следующим образом,

При подаче напряжения питания под действием импульса напряжения, выделяемого на резисторе 96, открывается тиристор 50. Тиристор 50 отпирается и включается нагрузка 54, осуществляющая управление подачей минимального количества теплоносителя к объекту регулирования. Через резисторы 75-77 из всех конденсаторов 69-71, подклюу:аемых к управляквдим электродам тиристоров, разряжается до напряжения на аноде отпертого тиристора 30 конденсатор 69. Сопротивление резисторов 75-80 устанавливается такой величины чтобы ток, протекающий через них под действием напряжения на анодах открытых тиристоров 50-53, был меньше тока отпирания тиристоров. Первый импульс, генерируемый транзистором 32 и поступающий через диоды 63-65 и конденсаторы 69-71, проходит из всех диодов 63-65 лишь через открытый диод 63 и разряженный конденсатор 69, и тиристор 51 отпирается. Включается следующая нагрузка 55, увеличиваквдая подачу теплоносителя к объекту регулирования. Одновременно за счет заряженного коммутирующего конденсатора 59 и падения напряжения на резисторе 58 при заряде конденсатора 60 тиристор 50 запирается, а нагрузка 54 отключается. Через резисторы 76 и 78 разряжаются конденсаторы 70 и 72. Тртий импульс вызывает включение тиристора 52 и исполнительного элемента 56 и отключение тиристора 51 и исполнительного элемента (реле) 55 и т.д. При включении тиристора 53 к объекту регулирования поступает максимальное количество тепла.

С анодов тиристоров 50-53 подается смещение на конденсаторы 72-74 через диоды 66-68, связанные с базой транзистора 34, формирующего отключающие импульсы. Если открыт, например, тиристор 52, то разряжен через резистор 79 конденсатор 73. Поэтому когда температура в зоне контроля такова, что срабатывает транзистор 34, отпирается диод 67, и включается тиристор 51, а тиристор 52 отключа ется. Очередной отключающий импульс

вызывает отпирание тиристора 50 и запирание тиристора 51.

К анодам тиристоров раст ределителя импульсов через разделительные диоды 85-87 и резисторы 88-90 функционального преобразователя 16 подсоединен подвижный вывод потенциометра 23, включенного через резистор 24 в цепь потенциометра 21 задатчика температуры. При отпирании любого из тиристоров 51-53 соответствующих резисторов 88-90 шунтируется цепь потенциометра 21 задатчика температуры и уменьшается падение напряжения на нем и, следовательно, на делителе напряжения, преобразованном терморезистором 20 и резистором 22. Величины сопротивлений 88-92 рассчитаны таким образом, чтобы при каждом переключении тиристоров слева направо увеличивалось падение напряжения на резисторе 24 и потенциометре 23 на одну треть (в -общем случае на Ъ - 1 раза, где п - число позиций регулятора) от падения напряжения на них при отпертом тиристоре 50. Осуществляемая в регуляторе обратная связь с выхода на его вход обеспечивает снижение напряжения, подаваемого на RC-контура, установленные в цепях транзисторов 32 и 33, при переключении тиристоров слева направо, что создает требуемый дифференциал при переключении исполнительных злементов регулятора. В результате этого каждому определенному значению регулируемой температуры по отношению к уставке температуры по шкале регулятора соответствует включение определенного тиристора и исполнительного злемента. При помощи потенциометра 23 величина дифференциала может изменяться в широких пределах. Зона нечувствительности регулятора изменяется одновременно с изменением дифференциала с помощью переменного резистора 91, сблокированного механически с потенциометром 23. Значение температуры регулирования задается при помощи потенциометра 21. Резистором 25 компенсируется разброс величины сопротивления терморезистора 20, а при помощи переменного резистора 21 настраивается измерительный блок регулятора на шкалу температур за счет разброса коэффициента температурного сопротивления терморезистора. Конденсатор 98 предназначен для защиты регулятора от помех в сети.

Регулятор характеризуется простотой схемы, высокой надежностью,чувствительностью и точностью работы, что позволяет найти ему практическое применение не только с терморезисторными датчиками сопротивления в качестве регулятора температуры различных сред, но и в сочетании с датчиками влажности, освещенности, давления и т.п. в регуляторах соответствующих параметров.

Формула изобретения

и вторым входами подключен распределитель импульсов, к выходам которого непосредственно подключены исполнительные элементы, а через функцио.нальный преобразователь - третий

вход измерительного блока, вторые входы пороговых элементов подключены, к выходу релаксационного генератора, третий вход распределителя импульсов соединен с выходом блока запуска, первый вход которого соединен с выходом распределителя импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности регулятора, второй вход блока запуска соединен с выходом релаксационного генератора.

резистор и потенциометр задатчика подключены к источнику постоянного напряжения, а подвижный вывод соединен с выходом функционального преобразователя, состоящего из диодов,

катоды KOTOpbLx связаны со входами функционального преобразователя, а между анодами включены резисторы, причем выход функционального преобразователя связан с анодом одного из

диодов через резистор.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

758091,кл. G 05 D 23/19, 1978 (прототип) .

fuz.

;0